RNAi专家《The Plant Cell》解析miRNA调控

　　

生物通报道  近日来自北京生命科学研究所的研究人员室在国际植物学领域著名杂志《The Plant Cell》（近5年平均影响因子为10.69）杂志上在线发表了最新的研究论文，报道了Importin ß蛋白在负调节拟南芥microRNA(miRNA)中的作用及其分子机理。

领导这一研究的是北京生命科学研究所的戚益军研究员，其早年毕业于南京农业大学，实验室综合遗传学，分子生物学和生物化学的方法，以拟南芥和衣藻为模式生物，研究中RNAi的作用机理和功能。研究兴趣包括RISC的形成，小分子RNA如何识别和导致同源染色质的修饰，RNAi组分如何在不同通路中特异化，以及小分子RNA在拟南芥和衣藻生长发育过程中的作用。

miRNA是一类长度在19－24 个核苷酸(nt)左右的内源性非编码小分子单链RNA , 在进化过程中高度保守, 能通过与靶基因mRNA特异性的碱基互补配对, 引起靶基因mRNA的降解或者抑制其翻译, 在调节真核生物基因表达中起到非常重要的作用。

在这篇文章中，戚益军实验室建立了一个正向遗传体系，用于筛选调控miRNA活性的基因。他们首先获得一个高效表达人工miRNA的拟南芥转基因系，该转基因系具有叶片表皮毛成簇的表型。利用表皮毛成簇这一显而易见的表型作为遗传标记，他们筛选得到了几十个miRNA活性减弱的突变体(compromised miRNA activity，cma 突变体)和miRNA活性加强的突变体(enhanced miRNA activity，ema 突变体)。在该论文中，他们主要分析了一个ema突变体，ema1. EMA1 编码一个Importin ß蛋白。 他们发现ema1 的突变不影响ARGONAUTE1 (AGO1)和miRNA的积累和它们在细胞核和细胞质中的分布。有意思的是，他们发现ema1突变体中 AGO1结合了更多的miRNA并具有更强的切割靶标mRNA的活性，这表明EMA1可以通过影响miRNA进入AGO1 形成效应复合物的效率来调节miRNA的活性。

这些发现证实了EMA1是miRNA通路的一个负调节因子，并揭示了一种调节miRNA活性的新机制。

协和医学院博士生王伟和浙江大学博士生叶瑞强为本文的共同第一作者，论文的其他作者还有博士生辛颖和方晓峰，技术员李春莲和史慧轻，以及浙江大学的周雪平博士。该项研究得到了科技部和北京市政府资助。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

An Importin β Protein Negatively Regulates MicroRNA Activity in Arabidopsis[W]

As key components in the eukaryotic gene regulatory network, microRNAs (miRNAs) themselves are regulated at the level of both metabolism and activity. To identify factors that modulate miRNA activity, we used an Arabidopsis thaliana transgenic line expressing an artificial miRNA that causes trichome clustering and performed a screen for mutants with compromised miRNA activity (cma mutants) or enhanced miRNA activity (ema mutants). From this screen, we identified two novel mutant alleles of SERRATE, which is known to be required for miRNA biogenesis and dozens of other cma and ema mutants. In this study, we analyzed ema1. SAD2/EMA1 encodes an Importin β protein. The ema1 mutation had no effects on the accumulation of miRNAs and ARGONAUTE1 (AGO1) or on their cytoplasmic and nuclear distributions. Intriguingly, we found that the miRNA effector complexes purified from ema1 contained a larger amount of miRNAs and displayed elevated mRNA cleavage activities, indicating that EMA1 modulates miRNA activity by influencing the loading of miRNAs into AGO1 complexes. These results implicate EMA1 as a negative regulator of the miRNA pathway and reveal a novel layer of miRNA activity modulation.

作者简介：

戚益军 博士

北京生命科学研究所高级研究员

教育经历

2001  浙江大学分子生物学博士学位
1995  南京农业大学植物病理学学士学位

工作经历

2010-present  北京生命科学研究所高级研究员
2006-2010北京生命科学研究所研究员
2004-2006 美国冷泉港实验室博士后
2001-2004  美国俄亥俄州立大学博士后
 
研究概述：

RNA干扰 (RNA interference, RNAi) 是真核生物中的一种普遍现象，它在很多不同的生物过程中起到非常重要的作用。这些过程包括发育调控，抵抗病毒侵染，以及染色质修饰。RNAi的重要特征包括Dicer切割产生小分子RNA和RNA诱导的沉默结合体 (RNA-induced silencing complex, RISC) 的形成。RISC可以导致转录或转录后水平的基因沉默。在植物中存在多种RNAi通路，这包括siRNA介导的转录后水平的基因沉默，miRNA介导的切割或翻译抑制和转录水平的基因沉默。转录水平的基因沉默通常与染色质的修饰（DNA和histone的甲基化）紧密相关。

我们实验室综合遗传学，分子生物学和生物化学的方法，以拟南芥和衣藻为模式生物，研究中RNAi的作用机理和功能。我们的兴趣包括RISC的形成，小分子RNA如何识别和导致同源染色质的修饰，RNAi组分如何在不同通路中特异化，以及小分子RNA在拟南芥和衣藻生长发育过程中的作用。

RNAi的发现不但拓宽了本实验室对RNA在基因表达中调控作用的了解，同时给我们提供了研究基因功能的强大工具。我们实验室也对RNAi在植物功能基因组中的应用有兴趣。